INTRODUCCIÓN A LA ECOLOGÍA Y DEFINICIONES. DESCRIPTORES. MUESTREO Y TRATAMIENTO DE DATOS.

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Víctor Manuel Vázquez Manzanares

Grado en Ciencias Ambientales, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga

(thenvironmentalistjournal@gmail.com)

1. INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS BÁSICOS EN ECOLOGÍA.

La Ecología según su definición usual, es el estudio científico de las relaciones entre los organismos y su ambiente. Esta definición es solamente correcta si se consideran los términos "relaciones" y "ambiente" en su acepción más amplia. El concepto ambiente incluye no sólo a las condiciones físicas, sino también las condiciones biológicas en que vive un organismo. El vocablo relaciones abarca en este caso las interacciones de los organismos tanto con el mundo físico como con los miembros de su misma especie y con los de las demás especies.

También podríamos decir que la Ecología es la disciplina científica cuyo objetivo atiende al estudio de los sistemas naturales. En esta definición está implícita la dinámica de los sistemas, es decir, son sistemas dinámicos. A estos sistemas, la energía proporcionada por el sol de manera fundamental les hace funcionar.

Son deficiones naturalistas que atienden más a la composición que a la funcionalidad. La energía que hace que la Tierra funcione es la que proviene del Sol, que es captada por las plantas y acaba transformándose en materia.

$$E=f(m)$$

la energía es función de la materia

La Ecología también estudia el flujo de energía a través del Planeta (Biosfera). Las leyes de la termodinámica rigen los objetos de los sistemas naturales. La Ecología estudia los ecosistemas de una forma energética y organizativa. La organización (estructura) de los ecosistemas tienen una función.

Ernst Haeckell (1868) acuñó el término de que la Ecología estudiaba las interacciones entre los organismos y su medio ambiente (animal-animal, planta-planta, animal-planta).

2. OBJETOS DE ESTUDIO.

La ciencia ecológica tiene su origen en la fusión (interacción) entre disciplinas como la geografía del paisaje, la fisiología, etología y demografía, junto con cuestiones prácticas planteadas en las actividades de agricultura, ganadería, pesquerías, etc. El ecólogo (ambientólogo) puede centrar un particular problema de estudio en cualquiera de las escalas de organización que comienzan en el organismo y ascienden hasta el nivel de la biosfera.

Cualquier disciplina científica tiene varios objetos de estudio. Los de la Ecología son:

• Reales (real concreto):

• Descriptores biológicos: son idénticos a los que estudia la Biología (animales, plantas, microorganismos).
• Descriptores químicos: pH, Eh (potencial redox), especies químicas (ClNa, etc.).
• Descriptores físicos: temperatura, radiaciones, concentración de partículas.

• Abstractos (real abstracto):
• Diversidad (clases de organismos).
• Crecimiento poblacional.
• Dispersión de organismos en un lugar específico o acotado.
• Selección (natural o artificial).
• Sistemas (base del estudio ecológico).

3. NIVELES DE ORGANIZCIÓN JERÁRQUICA.

• Población. Grupo de individuos de la misma especie usualmente ligados a un determinado espacio o territorio. Pueden (potencialmente) reproducirse entre sí (individuos capaces de comunicarse genéticamente; tienen posibilidad real de transferencia genética), y que coexisten en el espacio y en el tiempo. El análisis de los procesos de competencia entre los individuos de una misma población por los recursos disponibles, de su distribución en el espacio, así como de los procesos de inmigración y emigración entre subpoblaciones, son aspectos que dan contenido ecológico al estudio de las poblaciones.


• Comunidad. Entidades resultantes de la coexistencia de poblaciones de diferentes especies en un determinado marco físico o territorio. Algunas poblaciones compiten con otras por unos recursos limitados, tales como el alimento, el agua o el espacio. En otros casos, una población es el recurso alimentario de otra. Dos poblaciones pueden beneficiarse mutuamente, cada una de ellas funcionando mejor en presencia de la otra. Todas las poblaciones de un ecosistema se relacionan con las demás, y en su conjunto constituyen una comunidad.


• Ecosistema. Constituido por la comunidad y el ambiente físico. Es un sistema ecológico, es decir, relevante a los seres vivos.

4. ECOSISTEMAS.

El ecosistema se propone como una "unidad de organización", y en el medio natural se entiende como un conjunto de unidades básicas donde se establece un sistema de interrelaciones (inseparables) de carácter físico y biológico.

Un ecosistema viene definido por sus variables:

• Temperatura.
• Humedad.
• Profundidad.
• Porcentaje de agua.
• Cantidad de materia orgánica.
• Cantidad de microorganismos.

Una de las características principales de los ecosistemas es el comportamiento (variabilidad). En todo ecosistema hay dos tipos de energía: orden (entalpía) y desorden (entropía).

5. SISTEMA.

Entidad abstracta que está constituido por un conjunto de cosas (entidades concretas y abstractas). El sistema tiene tantas dimensiones como entidades contengan. Los ecosistemas están incluidos en los sistemas.

Descriptores para describir el estado (el valor de las variables) de un sistema:

• Variables. Pueden variar y pueden tomar valores diferentes (x,t). Las variables que no son medibles se recurre a la estimación.
• Parámetros. Son las relaciones que se establecen entre las variables (son constantes). Los dos tienen una expresión cualitativa.
• Atributos. No son cuantitativos, aunque pueden tratarse numéricamente.
• Estado de las variables. Conjunto de estados en el tiempo (comportamiento del sistema). El comportamiento de un sistema es el conjunto de estados en los que se encuentra un sistema. Medida de las variables:


• Sensibilidad. Capacidad del método de medida de una entidad. Por ejemplo: el tiempo.
• Precisión. Cuando la repetición de la medida es coherente (error de medida).
• Adecuación.

6. ACCIÓN DE CONOCIMIENTO.

A. Observación-anotación. Nos damos cuenta de las diferencias del sistema (heterogeneidad). Para percibir la heterogeneidad ha de haber valores distintos de las variables de estado y repeticiones. Podemos decir que nada es homogéneo. La expresión de una medida no es homogénea. Existe una variabilidad (desviación-media; varianza) en el sistema.

B. Muestreo. Es la manera de percibir la realidad de una variante.

La toma de datos es un proceso fundamental para conocer el estado de las variables (comportamiento del sistema). Dentro de las variables elegidas para describir el sistema (descriptores) dividimos artificialmente las biológicas de las del medio. Las biológicas tienen una variabilidad mayor y para tomar sus datos es necesario realizar un muestreo. Este proceso es iterativo puesto que se necesita repeticiones, y es asintótico porque se satura tras varias repeticiones. ¿Cuándo parar el muestreo?Cuando un 10% de incremento del tamaño de la muestra dé un incremento menos de un 10% en la información. Se considera que la asíntota se ha alcanzado.

En el momento en el que se haga lineal, y no quebrada, ése será el tamaño de muestra (ÁREA MÍNIMA DE MUESTREO). Con ese área será muy probable que la muestra esté representada, es decir, que la muestra sea representativa.

Si el sistema es muy homogéneo se puede tomar una sola muestra, y si el sistema es muy conocido ya suele conocerse el área mínima de muestreo (normalmente se pone algo más grande para estar seguro).

El área también va a depender del objetivo, esto no sirve por ejemplo si se está buscando una especie rara.

Cuando se muestrea, normalmente se realizan réplicas porque cualquier medida puede estar sujeta a una cierta variabilidad. Si sumamos las réplicas y las dividimos entre el número de ellas obtendremos la media x que representa el conjunto de medidas de cada dato.

La diferencia entre la media y todos los valores de la distribución es un parámetro que indica la dispersión de los datos.

$$media\quad \bar { X } =\frac { \sum { { x }_{ i } } }{ n }$$

$$desviación\quad típica\quad \sigma =\frac { \sum _{ i }^{ n }{ \left( { x }_{ i }-\bar { x } \right) } }{ \sqrt { n } }$$

$$varianza\quad { \sigma }^{ 2 }=\frac { \sum _{ i }^{ n }{ { \left( { x }_{ i }-\bar { x } \right) }^{ 2 } } }{ n }$$

El error es la razón por la cuál encontramos valores distintos a la media y cuya razón se desconoce. Si n (número de individuos), es decir, hago más medidas, reduzco el error. Si la desviación típica aumenta, mayor es el error y menos precisa es la medida. En los estudios científicos, la media viene acompañada del error, para saber cuáles son los límites de confianza. Si la desviación típica es alta la media es mala representante de la población.

$$error\quad de\quad la\quad \bar { x } =\frac { \sigma }{ \sqrt { n } }$$

Fuentes de error: percepción, aparatos de medida y aspectos intrínseco a los sistemas biológicos (heterogeneidad). El parámetro estadístico que representa la variabilidad es la varianza. Es necesario conocer esta variabilidad para tener buenas medidas.

La regresión explica la variabilidad de las variables consecuencia debido a las variables causales.

$$coeficiente\quad de\quad regresión\quad y=b·x$$

$$coeficiente\quad de\quad regresión\quad y=a+b·x+residuos\left( \in \right)$$

En la correlación las dos variables varían de la misma manera pero no están relacionados funcionalmente. Tiene una varianza conjunta. Podemos decir que la correlación es un término más universal y la regresión es un tipo concreto de correlación.

La causa-efecto se presenta en dos formas diferentes:

$$x=f\left( x \right)$$

relación de una variable con ella misma

$$y=f\left( x \right)$$

relación de una variable con otra distinta

7. DIVERSIDAD.

No es lo mismo que la biodiversidad. La diversidad hace referencia al número de especies pero también a su distribución (estructura del ecosistema).

¿Para qué sirve calcular la diversidad de un sistema?:

• Para conocer la estructura de la comunidad, organización del ecosistema.
• Nos puede llevar a tener una idea de su evolución en el futuro.
• Para conocer la sucesión de las especies.
• Distribución espacial.
• Detectar fronteras.

Para estudiar la diversidad se estudian a las comunidades (conjunto de especies que habitan en un lugar determinado e interactúan entre ellas).

En el término de diversidad entran a formar parte dos factores:

• Riqueza específica. Es el número de especies, a mayor número de especies mayor diversidad. Explícitamente hace referencia a la biodiversidad (número de especies).
• Equitatividad. Cuanto más equitativa sea la distribución más diverso es el sistema (mayor diversidad).

Cuanto mayor riqueza específica y equitatividad tienen los efectivos (entre todas las especies que encontremos) más diverso es el sistema.

Lo normal es estar en el centro de la distribución, por tanto, lo normal es que haya una serie de especies poco representadas, otras muy representadas y otras con una densidad intermedia (siempre y cuando no exista una dominancia de alguna especie concreta).

Puede ocurrir que existan zonas con parecidos valores de diversidad pero que sean muy distintos. Se consigue porque la diversidad se compone de dos factores: número de especies y equitatividad.

• Biodiversidad. Es el número de especies de un sistema, también llamado riqueza específica.
• Diversidad. Es el número de especies pero también hace referencia a la distribución (estructura del sistema).

Una única especie es capaz de vivir en ese ambiente o ecosistema. Es una comunidad con diversidad cero. Es una comunidad homogénea.

Misma abundancia para todas las especies. Todas ellas tienen la misma importancia. Este es el caso donde la diversidad es máxima, la máxima que puede tener un conjunto de especies.

El mensaje de la naturaleza es el conjunto de signos dispuestos en proporción y modo que transmiten información. Se puede medir y analizar. El mensaje de la naturaleza está compuesto por el número de especies y el número de individuos de cada especie. En un mensaje, además de sus componentes existentes, sus relaciones son: cantidad de relaciones válidas sobre todas las posibles y la intensidad de las relaciones.

Para cuantificar la diversidad existen una serie de modelos. Los más antiguos eran modelos empíricos (están basados en la experiencia, en el trabajo de campo). Pero esos modelos sólo se ajustaban a situaciones determinadas, no a todas. Más tarde surgieron modelos basados en la teoría de la información.

9. HETEROGENEIDAD.

Los estudios de la diversidad son incompletos sino tenemos en cuenta la heterogeneidad espacial. El análisis de ésta puede dar lugar al descubrimiento de fronteras, las cuales pueden ser:

• Convergentes. Se mezclan las especies (mayor información de diversidad).
• Divergentes. No se mezclan las especies (menor información de diversidad).

Normalmente, las fronteras suelen ser lugares con un alto intercambio de información entre comunidades. Por ello, son interesantes para estudiar la relación entre especies.

Para saber si dos muestras se parecen o no, se calcula un índice de heterogeneidad.